京都大学と高輝度光科学研究センター(JASRI)の両者は、大型放射光施設「SPring-8」における小角X線散乱と広角X線回折による「その場観察」により、木材が湾曲する瞬間のナノ〜マイクロメートルスケールの構造変化を世界で初めて捉えたと7月25日に共同発表。引っ張られる外側で微小なクラック(ひび割れ)が発生する一方で、圧縮される内側では細胞が圧密化(細胞が密集して密度が高くなる現象)が起きることを検出した。

同成果は、京大 生存圏研究所の田中聡一助教、同・今井友也教授、京都府立大学の神代圭輔准教授、産業技術総合研究所の堀山彰亮研究員らの共同研究チームによるもの。詳細は、糖質科学に関する全般を扱う学術誌「Carbohydrate Polymers」に掲載された。

木材は、年輪のような肉眼で確認できるマクロレベルの構造もあれば、セルロースのように顕微鏡でしか確認できないナノレベルの構造もあり、非常に複雑な階層的構造を持つ。この多様な構造こそが、木材の強度や柔軟性といった機械的性質を決める重要な要素だ。木材の効率的な加工や高性能な木質系材料の開発には、変形時の構造変化を詳細に理解することが不可欠となる。しかし、従来の研究では、マクロな変形に伴うナノ〜マイクロメートルスケールにおける構造変化を同時に直接観察することは困難だった。

近年、小角X線散乱と広角X線回折が材料科学分野で広く用いられており、木材の微細な構造解析にも利用されている。これらの技術は、オングストロームから数百ナノメートルオーダーの構造解析を可能にする。しかし、小角X線散乱や広角X線回折には、これらの構造が集まって形成されるより大きなマイクロメートルオーダーの構造にも影響を及ぼす。

そのような状況下、フィンランド・アールト大学のペンッティラ博士(現・ユヴァスキュラ大学所属)らは、木材の小角X線散乱データより構造情報を導き出す「WoodSASモデル」を提案し、同モデルが木材のナノ〜マイクロメートルスケールの構造変化を適切に評価できることを明らかにした。

そこで研究チームは今回、小角X線散乱/広角X線回折測定を木材が変形している最中に行い、小角X線散乱のデータをWoodSASモデルで解析することで、マルチスケールな階層構造がどのように変化するのかを解明することにした。

.
（波留久泉）

画像提供：マイナビニュース